DE69726393T2

DE69726393T2 - Optical scanner

Info

Publication number: DE69726393T2
Application number: DE69726393T
Authority: DE
Inventors: Kazuo Ohta-ku Fujibayashi; Koji Ohta-ku Hoshi; Manabu Ohta-ku Kato; Yoshihiro Ohta-ku Ishibe
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1996-12-19
Filing date: 1997-12-18
Publication date: 2004-09-09
Anticipated expiration: 2017-12-19
Also published as: US5995131A; EP0851261B1; EP0851261A2; DE69726393D1; CN1111753C; EP0851261A3; JPH10232346A; CN1185591A; JP3466863B2; KR19980064359A; KR100283383B1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNGBACKGROUND THE INVENTION

Fachgebiet der ErfindungField of the Invention

Die vorliegende Erfindung betrifft ein optisches Abtastgerät und im Einzelnen ein optisches Abtastgerät, das geeignet verwendbar bei Vorrichtungen ist, wie etwa beispielsweise bei einem Laserdruckergerät (LBP) oder bei digitalen Kopierern, die den elektrofotografischen Prozess aufweisen, die ausgelegt sind, um optisch moduliertes und von einer Lichtquellen-Einrichtung emittiertes Licht abzulenken und mittels eines einen rotierenden Polygonspiegel, etc. aufweisenden, optischen Ablenkelements zu reflektieren und um danach zu bewirken, dass das Licht durch ein optisches Abtastsystem (fθ-Linse), welches die fθ-Charakteristik aufweist, ein Gebiet auf einer Abtastfläche abtastet bzw. durchläuft, um darauf Bildinformation aufzuzeichnen.The present invention relates to an optical scanner and specifically, an optical pickup that can be suitably used devices, such as a laser printer device (LBP) or digital copiers that use the electrophotographic process have, which are designed to be optically modulated and of a Light source device to deflect and emit light an optical having a rotating polygon mirror, etc. Reflecting deflecting elements and then causing the Light through an optical scanning system (fθ lens), which has the fθ characteristic has scanned an area on a scanning surface to record image information on it.

Stand der TechnikState of technology

Bei herkömmlichen optischen Abtastgeräten, wie etwa bei Laserdruckern, wird der gemäß einem Bildsignal optisch modulierte und von der Lichtquellen-Einrichtung emittierte Lichtstrahl mittels des sich beispielsweise aus einem rotierenden Polygonspiegel (Polygonspiegel) zusammensetzenden, optischen Ablenkelements gleichmäßig abgelenkt, der Lichtstrahl wird in eine Spot- bzw. Lichtpunktform auf einer Oberfläche eines fotosensitiven Aufzeichnungsmediums (fotosensitive Trommel) mittels des optischen Abbildungssystems, welches die fθ-Charakteristik aufweist, umgewandelt, und es wird bewirkt, dass der Lichtstrahl das Gebiet auf der Oberfläche optisch abtastet, um es einer Bildaufzeichnung zu unterziehen.In conventional optical scanning devices, such as For example, in laser printers, it becomes optical according to an image signal modulated light beam emitted by the light source device by means of, for example, a rotating polygon mirror (Polygon mirror) composing optical deflection elements evenly deflected, the light beam is transformed into a spot or spot shape on a surface a photosensitive recording medium (photosensitive drum) by means of the optical imaging system, which has the fθ characteristic has converted, and it causes the light beam the area on the surface optically scanned to subject it to image recording.

1 ist eine schematische Darstellung, um den Hauptteil eines herkömmlichen optischen Abtastgerätes zu zeigen, welche eine Querschnittsansicht hiervon in der Hauptabtastrichtung ist. In der Zeichnung wird von der Lichtquellen-Einrichtung 11 emittiertes, divergentes Licht mittels einer Kollimatorlinse 12 in einen nahezu parallelen Lichtstrahl umgewandelt, eine Blende 13 begrenzt den Lichtstrahl (den Betrag des Lichtes), und dann trifft der Lichtstrahl auf eine zylindrische Linse 14 auf, welche lediglich in der Unterabtastrichtung eine bestimmte Brechkraft aufweist. Der auf die zylindrische Linse 14 eintreffende, parallele Lichtstrahl tritt im Zustand als paralleles Lichtbündel unverändert in den Haupttastabschnitt aus. In dem Unterabtastabschnitt wird der Lichtstrahl gebündelt, um als ein nahezu lineares Bild auf einer Ablenkfläche (Reflexionsfläche) 15a des den rotierenden Polygonspiegel (Polygonspiegel) aufweisenden, optischen Ablenkelements 15 fokussiert zu werden. 1 Fig. 12 is a schematic diagram to show the main part of a conventional optical pickup, which is a cross-sectional view thereof in the main scanning direction. In the drawing is from the light source device 11 emitted, divergent light by means of a collimator lens 12 converted into an almost parallel beam of light, an aperture 13 limits the light beam (the amount of light) and then the light beam hits a cylindrical lens 14 which has a certain refractive power only in the sub-scanning direction. The one on the cylindrical lens 14 Incoming, parallel light beam emerges unchanged in the main scanning section in the state as a parallel light beam. In the subsampling section, the light beam is focused so as to be an almost linear image on a deflection surface (reflection surface) 15a of the optical deflection element having the rotating polygon mirror (polygon mirror) 15 to be focused.

Dann wird das mittels der Ablenkfläche 15a des optischen Ablenkelements 15 abgelenkte Strahlenbündel durch das optische Abbildungssystem (fθ-Linse) 16, welches die fθ-Charakteristik auf der Oberfläche der fotosensitiven Trommel 18 als eine Abtastfläche aufweist, geführt, und indem das optische Ablenkelement 15 in der Richtung des Pfeiles A gedreht wird, wird bewirkt, dass das Strahlenbündel das Gebiet auf der Oberfläche der fotosensitiven Trommel 18 optisch abtastet, um dadurch die Aufzeichnung von Bildinformation durchzuführen.Then this is done using the deflector 15a of the optical deflecting element 15 deflected beams through the optical imaging system (fθ lens) 16 which shows the fθ characteristic on the surface of the photosensitive drum 18 as a scanning surface, and by the optical deflector 15 is rotated in the direction of arrow A, the beam will cause the area on the surface of the photosensitive drum 18 optically scanned to thereby record image information.

Um eine hochpräzise Aufzeichnung von Bildinformation zu bewirken, muss das optische Abtastgerät dieses Typs über den gesamten Bereich der Abtastfläche gut hinsichtlich der Feldkrümmung korrigiert sein, damit es gleichmäßige Spotbzw. Lichtpunktdurchmesser aufweist, und es muss eine Verzerrung bzw. Verzeichnung (die fθ-Charakteristik) aufweisen, um die proportionale Beziehung zwischen dem Winkel des Einfallichts und der Höhe des Bildes zu erzielen. Es wurden bis heute eine Vielzahl von optischen Abtastvorrichtungen oder optischen Korrektursystemen (fθ-Linsen) hiervon, die solche optischen Eigenschaften erfüllen, vorgeschlagen.For high-precision recording of image information to effect, the optical scanning device of this type must over the entire area of the scanning surface good in terms of field curvature be corrected so that it is even spot or Spot diameter and there must be distortion or distortion (the fθ characteristic) have the proportional relationship between the angle of the Easy light and height to achieve the image. To date, a variety of optical Scanning devices or optical correction systems (fθ lenses) thereof, that meet such optical properties, proposed.

Wenn andererseits die Abmessung und die Kosten der Laserdrucker, digitalen Kopierer, etc. verkleinert werden, ist es für das optische Abtastgerät ebenso erforderlich, dass die gleichen Faktoren verkleinert werden.On the other hand, if the dimension and reduced the cost of laser printers, digital copiers, etc. it is for the optical scanner also require that the same factors be scaled down.

Um gleichzeitig diese Anforderungen zu erfüllen, wurden verschiedene sich aus einer einzelnen fθ-Linse zusammensetzende, optische Abtastvorrichtungen vorgeschlagen, wie beispielsweise in der japanischen Patentveröffentlichung Nr. 61-48684, in der veröffentlichten japanischen Patentanmeldung Nr. 63-157122, in der veröffentlichten japanischen Patentanmeldung Nr. 4-104213, in der veröffentlichten japanischen Patentanmeldung Nr. 4-50908 (die dem US-Patent Nr. 5,111,219 entspricht) usw.To meet these requirements at the same time to meet were different optical composed of a single fθ lens Scanners proposed, such as in the Japanese patent publication No. 61-48684, in the published Japanese Patent Application No. 63-157122, published in Japanese Patent Application No. 4-104213, published in Japanese Patent Application No. 4-50908 (which is assigned to U.S. Patent No. 5,111,219 corresponds) etc.

Von diesen Patenten und Patentanmeldungen offenbaren die japanische Patentveröffentlichung Nr. 61-48684, die veröffentlichte japanische Patentanmeldung Nr. 63-157122, etc., dass das parallele Strahlenbündel von der Kollimatorlinse auf der Oberfläche des Aufzeichnungsmediums umgewandelt wird, indem eine einzelne Linse mit einer konkaven Oberfläche an der optischen Ablenkseite als fθ-Linse verwendet wird. Des weiteren offenbart die veröffentlichte japanische Patentanmeldung Nr. 4-104213, dass eine einzelne Linse mit einer konkaven Oberfläche an der optischen Ablenkseite und mit einer torischen Oberfläche an der Bildebenen-Seite als fθ-Linse verwendet wird, und dass bewirkt wird, dass ein Strahlenbündel, welches mittels der Kollimatorlinse in konvergentes Licht umgewandelt wurde, auf die fθ-Linse eintrifft. Die veröffentlichte japanische Patentanmeldung Nr. 4-50908 (die dem US-Patent Nr. 5,111,219 entspricht) offenbart, dass eine einzelne Linse mit Linsenoberflächen, die sphärische Oberflächen höherer Ordnung sind, als fθ-Linse verwendet wird, und dass bewirkt wird, dass das Strahlenbündel, welches mittels der Kollimatorlinse in konvergierendes Licht umgewandelt wurde, auf die fθ-Linse eintrifft.Of these patents and patent applications, Japanese Patent Publication No. 61-48684, Japanese Patent Application Publication No. 63-157122, etc. disclose that the parallel beam from the collimator lens on the surface of the recording medium is converted by a single lens with a concave Surface on the optical deflection side is used as an fθ lens. Furthermore, published Japanese Patent Application No. 4-104213 discloses that a single lens with a concave surface on the optical deflection side and with a toric surface on the image NEN side is used as the fθ lens, and a beam of rays which has been converted into convergent light by the collimator lens is caused to be incident on the fθ lens. Japanese Patent Application Publication No. 4-50908 (corresponding to U.S. Patent No. 5,111,219) discloses that a single lens with lens surfaces that are higher-order spherical surfaces is used as the fθ lens and that is caused to do so Beam bundle, which was converted into converging light by means of the collimator lens, strikes the fθ lens.

Die herkömmlichen optischen Abtastvorrichtungen, wie sie obig beschrieben werden, weisen jedoch die nachfolgenden Probleme auf. In dem Gerät der japanischen Patentveröffentlichung Nr. 61-48684 verbleibt die Feldkrümmung in der Unterabtastrichtung; und, weil das parallele Lichtbündel auf der Abtastfläche fokussiert wird, ist die Brennweite f, eine Entfernung von der fθ-Linse zu der Abtastfläche, groß, wodurch das Problem auftritt, dass es schwierig ist, eine kompakte optische Abtastvorrichtung zu konstruieren.The conventional optical scanners, however, as described above, show the following Problems on. In the device the Japanese patent publication 61-48684, the field curvature remains in the sub-scanning direction; and because the parallel light beam on the scanning surface is focal length f, a distance from the fθ lens to the scanning area, large, which causes the problem that it is difficult to make a compact to construct an optical scanner.

Das Gerät der veröffentlichten japanischen Patentanmeldung Nr. 63-157122 weist das Problem auf, dass es schwierig ist, die fθ-Linse durch Formpressung herzustellen, weil die Dicke dieser groß ist, und dies ist der Grund, warum die Kosten ansteigen.The device of the published Japanese patent application No. 63-157122 has the problem that the f.theta lens by compression molding because the thickness of this is large, and this is the reason why the costs are increasing.

Das Gerät der veröffentlichten japanischen Patentanmeldung Nr. 4-104213 weist die Probleme auf, dass Verzerrungen bzw. Verzeichnungen verbleiben, und dass in der Periode der Anzahl der polygonen Seitenflächen aperiodisches Schwanken der Leuchtdichte aufgrund eines Bestückungsfehlers des Polygonspiegels, welcher das optische Ablenkelement ist, auftrat.The device of the published Japanese patent application No. 4-104213 has the problems that distortion or distortion remain, and that in the period of the number of polygonal side faces aperiodic Fluctuation of the luminance due to an assembly error of the polygon mirror, which is the optical deflector.

In dem Gerät der veröffentlichten japanischen Patentanmeldung Nr. 4-50908 wird die Aberration gut korrigiert, indem bei der fθ-Linse asphärische Oberflächen höherer Ordnung verwendet werden, wohingegen aufgrund von Ungleichmäßigkeiten der Verstärkung in der Unterabtastrichtung zwischen dem optischen Ablenkelement und der Abtastfläche die Spot- bzw.In the device of the published Japanese patent application No. 4-50908 the aberration is corrected well by using higher-order aspherical surfaces on the fθ lens used, whereas due to unevenness of reinforcement in the sub-scanning direction between the optical deflector and the scanning area the spot or

Lichtpunktdurchmesser in der Unterabtastrichtung dazu neigen, abhängig von den Höhen des Bildes zu variieren.Spot diameter in the sub-scanning direction tend to be dependent from the heights to vary the image.

Zusätzlich zu dem oben genannten wurden optische Abtastvorrichtungen mit einer sich aus zwei Linsen zusammensetzenden fθ-Linse vorgeschlagen, wie beispielsweise in der veröffentlichten japanischen Patentanmeldung Nr. 56-36622, in der veröffentlichten japanischen Patentanmeldung Nr. 61-175607, usw.. Die in diesen Patentanmeldungen vorgeschlagenen fθ-Linsen sind in einer sich aus sphärischen Oberflächen oder leicht asphärischen Oberflächen zusammensetzenden Querschnittsformgebung konstruiert, und mit diesen fθ-Linsen scheint es eher schwierig zu sein, die Abmessung zu verringern, die Kosten zu verringern und die Definition bzw. die Bildgüte zu steigern.In addition to the above have been optical scanners with one made up of two lenses composing fθ lens proposed, such as in the published Japanese patent application No. 56-36622, in the published Japanese Patent Application No. 61-175607, etc. The in these patent applications proposed fθ lenses are made up of spherical ones surfaces or slightly aspherical surfaces composite cross-sectional shape constructed, and with these fθ lenses it seems rather difficult to reduce the size, reduce costs and increase definition or image quality.

Ferner sind optische Abtastvorrichtungen aus der US 4,955,682 A und der EP 0 730 182 A bekannt.Furthermore, optical scanning devices from the US 4,955,682 A and the EP 0 730 182 A known.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNGSUMMARY THE INVENTION

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung liegt darin, ein optisches Abtastgerät anzugeben, welches kompakt und für das Kopieren bzw. Drucken mit hoher Bildgüte geeignet ist, wobei, um über das optische Ablenkelement das konvergierende Licht von der Kollimatorlinse mittels der fθ-Linse, welche zwei Linsen aufweist, auf der Abtastfläche zu fokussieren, die Linsenkonfigurationen der beiden, die fθ-Linse ausbildenden Linsen geeignet ausgelegt sind, wodurch in Bezug auf die Feldkrümmung und die Verzerrung bzw. Verzeichnung eine gute Korrektur vorliegt und wodurch das Ändern des Spot- bzw. Lichtpunktdurchmessers in Abhängigkeit von den Bildhöhen verhindert wird.An object of the present invention is to provide an optical scanner that is compact and for the copying or printing with high image quality is suitable, whereby in order to optical deflector the converging light from the collimator lens using the fθ lens, which has two lenses to focus on the scanning surface, the lens configurations of the two, the fθ lens Forming lenses are designed appropriately, with respect to the field curvature and the distortion is a good correction and thereby changing of the spot or light spot diameter depending on the image heights prevented becomes.

Ein optisches Abtastgerät der vorliegenden Erfindung ist ein optisches Abtastgerät, wie es im Patentanspruch 1 definiert wird.An optical scanner of the present Invention is an optical scanning device as in the claim 1 is defined.

Das optische Abtastgerät der vorliegenden Erfindung ist im Einzelnen dadurch gekennzeichnet,
dass die zuvor genannte torische Linse durch Formpressung von Plastik bzw. Kunststoff hergestellt wird;
dass die zuvor genannte torische Linse derart gestaltet ist, dass sich Krümmungen von zumindest einer Linsenfläche außerhalb der Linsenflächen an der Seite des zuvor genannten Ablenkelements oder an der Seite der Abtastfläche in Unterabtastabschnitten kontinuierlich entlang der Hauptabtastrichtung ändern;
dass sich die Krümmungen von der zumindest einen Linsenoberfläche kontinuierlich entlang der Hauptabtastrichtung in der Symmetrieebene der Linsenmitte ändern;
dass die zuvor genannte torische Linse derart gestaltet ist, dass ihre Symmetrieachse der Hauptabtastrichtung in einer Hauptabtastebene hinsichtlich der Normalen der Abtastfläche geneigt ist;
dass, wenn die Brennweiten der zuvor genannten sphärischen Linse und der zuvor genannten torischen Linse in dem Hauptabtastabschnitt jeweils f6 und f7 betragen, sie die nachfolgende Bedingung erfüllen: 1,6 < f6/f7 < 2,4;dass die zuvor genannte torische Linse in dem Hauptabtastabschnitt parallel zu der Lichtquellen-Einrichtung dezentriert angeordnet ist;
dass das dritte optische Element derart gestaltet ist, dass, wenn eine Winkelverstärkung eines effektiven Abbildungsmittelteils an der Abtastfläche in einem Unterabtastabschnitt zwischen dem Ablenkelement und der zuvor erwähnten Abtastfläche r_sc beträgt, die Winkelverstärkung die nachfolgende Bedingung erfüllt: 0,25 < rsc < 0,67; oderdass die Brechkraft der zuvor genannten torischen Linse in einem Unterabtastabschnitt kontinuierlich von der Mitte der Linse zu dem Umfangsbereich der Linse schwächer wird, und dass das dritte optische Element derart gestaltet ist, dass, wenn eine Winkelverstärkung eines effektiven Abbildungsmittelteils an der Abtastfläche in einem Unterabtastabschnitt zwischen dem zuvor erwähnten Ablenkelement und der Abtastfläche r_sc beträgt, und wenn eine Winkelverstärkung bei einer beliebigen Position in einem Gesamtbereich eine Abbildung r_s0 ist, die Winkelverstärkungen die nachfolgende Bedingung erfüllen: 0,9 < rs0/rsc < 1,25;dass, wenn die Brennweiten der zuvor erwähnten sphärischen Linse und der zuvor erwähnten torischen Linse in dem Hauptabtastabschnitt jeweils f6 und f7 betragen, sie die nachfolgende Bedingung erfüllen: 1 < f6/f7 < 10. The optical pickup of the present invention is characterized in detail by
that the aforementioned toric lens is made by compression molding plastic;
that the aforementioned toric lens is designed such that curvatures of at least one lens surface outside the lens surfaces on the side of the aforementioned deflecting element or on the side of the scanning surface in sub-scanning sections change continuously along the main scanning direction;
that the curvatures of the at least one lens surface change continuously along the main scanning direction in the plane of symmetry of the lens center;
that the aforementioned toric lens is designed such that its axis of symmetry of the main scanning direction is inclined in a main scanning plane with respect to the normal of the scanning surface;
that when the focal lengths of the aforementioned spherical lens and the aforementioned toric lens in the main scanning section are f6 and f7, respectively, they meet the following condition: 1.6 <f6 / f7 <2.4; in that the aforementioned toric lens is arranged in the main scanning section in a decentered manner parallel to the light source device;
that the third optical element is designed such that when an angular gain of an effective imaging center on the scanning surface in a subsampling section between the deflecting element and the aforementioned scanning surface is r _sc , the angular amplification fulfills the following condition: 0.25 <r sc <0.67; or that the refractive power of the aforementioned toric lens in a subsampling section becomes continuously weaker from the center of the lens to the peripheral region of the lens, and that the third optical element is designed such that when an angular gain of an effective imaging center on the scanning surface in a subsampling section between the aforementioned deflection element and the scanning surface r _sc , and if an angular gain at any position in a total area is a mapping r _s0 , the angular _gains meet the following condition: 0.9 <r s0 / r sc <1.25; that when the focal lengths of the aforementioned spherical lens and the aforementioned toric lens in the main scanning section are f6 and f7, respectively, they meet the following condition: 1 <f6 / f7 <10.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGENSHORT DESCRIPTION THE DRAWINGS

1 ist eine schematische Darstellung, um den Hauptteil eines optischen Systems eines herkömmlichen optischen Abtastgerätes zu zeigen; 1 Fig. 11 is a schematic diagram to show the main part of an optical system of a conventional optical pickup;

2 ist eine Querschnittsansicht des Hauptteils in der Hauptabtastrichtung der Ausführungsform 1 des optischen Abtastgerätes der vorliegenden Erfindung; 2 Fig. 14 is a cross sectional view of the main part in the main scanning direction of Embodiment 1 of the optical pickup of the present invention;

3 ist eine Darstellung, um die Feldkrümmung, Verzerrung bzw. Verzeichnung und die Änderung der Winkelverstärkung in der Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung zu zeigen; 3 Fig. 11 is an illustration to show the curvature of field, distortion and the change in angular gain in Embodiment 1 of the present invention;

4 ist eine Querschnittsansicht des Hauptteils in der Hauptabtastrichtung der Ausführungsform 2 des optischen Abtastgerätes der vorliegenden Erfindung; 4 Fig. 14 is a cross sectional view of the main part in the main scanning direction of the embodiment 2 the optical pickup of the present invention;

5 ist eine Darstellung, um die Feldkrümmung, Verzerrung bzw. Verzeichnung und die Änderung der Winkelverstärkung in der Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung zu zeigen; 5 Fig. 12 is a graph showing the curvature of field, distortion and the change in angular gain in the embodiment 2 to show the present invention;

6 ist eine Schnittansicht des Hauptteils in der Hauptabtastrichtung der Ausführungsform 3 des optischen Abtastgerätes der vorliegenden Erfindung; 6 Fig. 12 is a sectional view of the main part in the main scanning direction of the embodiment 3 the optical pickup of the present invention;

7 ist eine Darstellung, um die Feldkrümmung, die Verzerrung bzw. Verzeichnung und das Ändern der Winkelverstärkung in der Ausführungsform 3 der vorliegenden Erfindung zu zeigen; 7 Fig. 12 is a graph showing the curvature of field, distortion and changing the angular gain in the embodiment 3 to show the present invention;

8 ist eine Querschnittsansicht des Hauptteils in der Hauptabtastrichtung der Ausführungsform 4, 5 oder 6 des optischen Abtastgerätes der vorliegenden Erfindung; 8th Fig. 14 is a cross sectional view of the main part in the main scanning direction of the embodiment 4 . 5 or 6 the optical pickup of the present invention;

9 ist eine Darstellung, um die Feldkrümmung, die Verzerrung bzw. Verzeichnung und die Änderungen der Winkelverstärkung in der Ausführungsform 4 der vorliegenden Erfindung zu zeigen; 9 Fig. 4 is a graph showing the curvature of field, distortion, and changes in angular gain in the embodiment 4 to show the present invention;

10 ist eine Darstellung, um die Feldkrümmung, die Verzerrung bzw. Verzeichnung und die Änderungen der Winkelverstärkung in der Ausführungsform 5 der vorliegenden Erfindung zu zeigen; und 10 Fig. 4 is a graph showing the curvature of field, distortion, and changes in angular gain in the embodiment 5 to show the present invention; and

11 ist eine Darstellung, um die Feldkrümmung, die Verzerrung bzw. Verzeichnung und die Änderungen der Winkelverstärkung in der Ausführungsform 6 der vorliegenden Erfindung zu zeigen. 11 Fig. 4 is a graph showing the curvature of field, distortion, and changes in angular gain in the embodiment 6 to show the present invention.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMENDETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS

2 ist eine Querschnittsansicht des Hauptteils in der Hauptabtastrichtung (in einem Hauptabtastabschnitt) der Ausführungsform 1 des optischen Abtastgerätes gemäß der vorliegenden Erfindung. 2 Fig. 12 is a cross-sectional view of the main part in the main scanning direction (in a main scanning section) of Embodiment 1 of the optical pickup according to the present invention.

In diese Zusammenhang bezeichnet der Begriff "Hauptabtastrichtung" eine Richtung, in welcher das Strahlenbündel abgelenkt wird, um mittels ablenkenden Reflexionsoberflächen des optischen Ablenkelements abzutasten bzw. durchzulaufen. Ferner bedeutet der Ausdruck "Hauptabtastebene" eine mit einer Funktion der Zeit mittels des abgelenkten Strahlbündels ausgebildete Strahlbündelebene, um mittels der ablenkenden Reflexionsoberfläche des optischen Ablenkelements abzutasten bzw, durchzulaufen.Inscribed in this context the term "main scanning direction" means a direction in which is the beam of rays is deflected to by means of deflecting reflection surfaces of the to scan or pass through optical deflection elements. Also means the expression "main scanning plane" one with a function the time of the beam plane formed by means of the deflected beam, around by means of the deflecting reflection surface of the optical deflecting element to sample or to go through.

In der Zeichnung bezeichnet die Bezugsziffer 1 die Lichtquellen-Einrichtung, die beispielsweise von einem Halbleiterlaser begründet wird. Die Bezugsziffer 2 bezeichnet eine Kollimatorlinse als erstes optisches Element, welches in der Hauptabtastebene ein von der Lichtquellen-Einrichtung 1 emittiertes Lichtbündel (ein aptisches Lichtbündel) in ein konvergierendes Lichtbündel umwandelt. Die Bezugsziffer 3 bezeichnet eine Apertur-Blende, welche die Durchmesser des hindurchlaufenden Strahlenbündels vereinheitlicht.In the drawing, the reference number denotes 1 the light source device, which is established, for example, by a semiconductor laser. The reference number 2 denotes a collimator lens as the first optical element, which in the main scanning plane is one of the light source device 1 emits light bundle (an aptic light bundle) into a converging light bundle. The reference number 3 denotes an aperture diaphragm, which unifies the diameter of the beam passing through it.

Die Bezugsziffer 4 stellt als zweites optisches Element eine zylindrische Linse dar, welche lediglich in der Unterabtastrichtung (die Richtung, die normal bzw. senkrecht zu der Ebene von 2 steht) eine bestimmte Strahlbrechkraft aufweist, und welche das Strahlenbündel, welches durch die Blende 3 hindurchläuft, in Gestalt eines nahezu linearen Bildes auf die ablenkende Reflexionsoberfläche 5a des nachfolgend beschriebenen, optischen Ablenkelements 5 in einem Unterabtastabschnitt fokussiert, der senkrecht den Hauptabtastabschnitt schneidet und der die optische Achse enthält. Demgemäß ist das auf das optische Ablenkelement 5 einfallende Lichtbündel ein lineares Bild, das sich in der Hauptabtastrichtung longitudinal erstreckt.The reference number 4 represents as a second optical element a cylindrical lens, which only in the sub-scanning direction (the direction normal or perpendicular to the plane of 2 stands) has a certain refractive power, and which the beam that passes through the diaphragm 3 runs through, in the form of an almost linear image on the deflecting reflection surface 5a of the optical deflection element described below 5 focused in a sub-scanning section that perpendicularly intersects the main scanning section and that contains the optical axis. Accordingly, this is on the optical deflector 5 incident light beam is a linear image that extends longitudinally in the main scanning direction.

Die Bezugsziffer 5 bezeichnet das beispielsweise einen sich aus vier Seiten zusammensetzenden Polygonspiegel (rotierenden Polygonspiegel) aufweisende, optische Ablenkelement, welches mittels einer Antriebseinrichtung (nicht dargestellt), wie etwa mittels eines Motors, mit konstanter Geschwindigkeit in Richtung des Pfeiles A in der Zeichnung rotiert bzw. gedreht wird.The reference number 5 means, for example, an optical deflecting element comprising a polygon mirror (rotating polygon mirror) composed of four sides, which is rotated or rotated at a constant speed in the direction of arrow A in the drawing by means of a drive device (not shown), such as by means of a motor ,

Die Bezugsziffer 9 bezeichnet als drittes optisches Element eine fθ-Linse (optisches Abbildungssystem), das die fθ-Charakteristik aufweist. Das dritte optische Element 9 weist eine sphärische Linse 6 und eine torische Linse 7 auf. Das dritte optische Element 9 fokussiert das mittels des optischen Ablenkelements 5 ablenkend reflektierte Strahlenbündel gemäß einer Bildinformation auf einer Oberfläche einer fotosensitiven Trommel 8, die als Abtastoberfläche ein Aufzeichnungsmedium ist, und korrigiert in Bezug auf die Facettenneigung der Ablenkoberfläche des optischen Ablenkelements 5.The reference number 9 denotes as a third optical element an fθ lens (optical imaging system) which has the fθ characteristic. The third optical element 9 has a spherical lens 6 and a toric lens 7 on. The third optical element 9 focuses this by means of the optical deflection element 5 deflectingly reflected beams according to image information on a surface of a photosensitive drum 8th , which is a recording medium as a scanning surface, and corrects for the facet slope of the deflecting surface of the optical deflecting member 5 ,

In der vorliegenden Ausführungsform wird das von dem Halbleiterlaser 1 emittierte Strahlenbündel mittels der Kollimatorlinse 2 in das in dem Hauptabtastabschnitt konvergierende Lichtstrahlenbündel umgewandelt, das Strahlenbündel (der Lichtbetrag) wird mittels der Apertur-Blende 3 begrenzt, und es wird bewirkt, dass das Strahlenbündel auf die zylindrische Linse 4 einfällt. Das auf die zylindrische Linse 4 einfallende Strahlenbündel tritt hiervon unverändert in den Hauptabtastabschnitt heraus. Andererseits wird in dem Unterabtastabschnitt das Strahlenbündel konvergiert, um in Gestalt eines nahezu linearen Bildes (ein lineares Bild, das sich in der Hauptabtastrichtung longitudinal erstreckt) auf die Ablenkoberfläche 5a des optischen Ablenkelements 5 fokussiert zu werden. Dann wird das mittels der Ablenkfacette 5a des optischen Ablenkelements 5 ablenkend reflektierte Strahlenbündel durch die fθ-Linse auf die Oberfläche der fotosensitiven Trommel 8 geführt, und das Gebiet auf der Oberfläche der fotosensitiven Trommel 8 wird in der Richtung des Pfeiles B optisch abgetastet, indem das optische Ablenkelement 5 in die Richtung des Pfeiles A gedreht wird. Dieses bewirkt die Aufzeichnung des Bildes.In the present embodiment, this is from the semiconductor laser 1 emitted beams by means of the collimator lens 2 is converted into the light beam converging in the main scanning section, the light beam (the amount of light) is converted by means of the aperture stop 3 limited, and it will cause the beam to hit the cylindrical lens 4 incident. That on the cylindrical lens 4 incident rays emerge unchanged from this into the main scanning section. On the other hand, in the sub-scanning section, the beam is converged to be in the form of a nearly linear image (a linear image extending longitudinally in the main scanning direction) on the deflecting surface 5a of the optical deflecting element 5 to be focused. Then this is done using the deflection facet 5a of the optical deflecting element 5 deflecting reflected beams through the fθ lens onto the surface of the photosensitive drum 8th led, and the area on the surface of the photosensitive drum 8th is optically scanned in the direction of arrow B by the optical deflecting element 5 is rotated in the direction of arrow A. This causes the image to be recorded.

Als nächstes werden die Eigenschaften der sphärischen Linse 6 und der torischen Linse 7 beschrieben, die in der vorliegenden Ausführungsform das dritte optische Element (fθ-Linse) 9 begründen.Next are the properties of the spherical lens 6 and the toric lens 7 which, in the present embodiment, the third optical element (fθ lens) 9 justify.

Das dritte optische Element 9 setzt sich aus den beiden Linsen, der sphärischen Linse 6 und der torischen Linse 7, zusammen, wobei jede eine positive Strahlbrechkraft aufweist, und wobei die Verteilung der Brechkraft der beiden Linsen in diesem Fall angemessen ermittelt wird, wodurch eine gute Charakteristik der Feldkrümmung erzielt wird.The third optical element 9 consists of the two lenses, the spherical lens 6 and the toric lens 7 , together, each having a positive refractive power, and in which case the distribution of the refractive power of the two lenses is appropriately determined, whereby a good characteristic of the field curvature is achieved.

Wenn in diesem Fall die Brennweiten der sphärischen Linse 6 und der torischen Linse 7 in dem Hauptabtastabschnitt jeweils f6 und f7 betragen, werden sie derart ermittelt, um die nachfolgende Bedingung zu erfüllen: 1 < f6/f7 < 10 (1) If in this case the focal lengths of the spherical lens 6 and the toric lens 7 are f6 and f7 in the main scanning section, respectively, so as to meet the following condition: 1 <f6 / f7 <10 (1)

Wenn diese Bedingungsgleichung (1) erfüllt wird, liegt in Bezug auf die Feldkrümmung und die Verzeichnung bzw. Verzerrung eine gute Korrektur vor. Dieses reduziert ebenso die Dicken von sowohl der sphärischen Linse 6 als auch der torischen Linse 7, verringert die Zykluszeit bei ihrer Herstellung mittels Formpressung von Plastik oder Formpressung von Glas (Glasform) und verringert die Deformation ihrer Oberflächenformgebung beim Abkühlen.If this condition equation ( 1 ) is fulfilled, there is a good correction with regard to the field curvature and the distortion or distortion. This also reduces the thickness of both the spherical lens 6 as well as the toric lens 7 , reduces the cycle time during their production by means of compression molding of plastic or compression molding of glass (glass mold) and reduces the deformation of their surface shape when cooling.

In der vorliegenden Ausführungsform lautet ein bevorzugter numerischer Bereich der Bedingungsgleichung (1) wie folgt: 1,1 < f6/f7 < 8,5 (1a) In the present embodiment, a preferred numerical range of the condition equation is ( 1 ) as follows: 1.1 <f6 / f7 <8.5 (1a)

Im Einzelnen kann ein besseres optisches Leistungsvermögen mittels des nachfolgenden Bereiches erzielt werden: 1,6 < f6/f7 < 2,4 (1b) In particular, better optical performance can be achieved using the following range: 1.6 <f6 / f7 <2.4 (1b)

Wenn die fθ-Linse 9 durch eine torische Linse begründet wäre, würde es mittels lediglich zwei Linsenoberflächen der torischen Linse 7 schwierig sein, über den gesamten Bereich auf der Abtastfläche die Spot- bzw. Lichtpunktdurchmesser gleichförmig beizubehalten, und Änderungen hinsichtlich der Feldkrümmung in einem guten Maß zu halten.If the fθ lens 9 were based on a toric lens, it would be by means of only two lens surfaces of the toric lens 7 be difficult to keep spot diameters uniform over the entire area on the scanning surface and to keep changes in field curvature to a good degree.

Von daher ist in der vorliegenden Ausführungsform die sphärische Linse 6 in einer Meniskusform bei positiver Strahlbrechkraft mit einer in Richtung des Ablenkelements 5 ausgerichteten, konkaven Oberfläche ausgebildet, wodurch in diesem Fall in Bezug die Feldkrümmung eine gute Korrektur vorliegt.Therefore, in the present embodiment, the spherical lens 6 in a meniscus shape positive refractive power with one in the direction of the deflecting element 5 aligned, concave surface, whereby in this case there is a good correction in relation to the field curvature.

Um im Wesentlichen sowohl die fθ-Charakteristik als auch die Charakteristik der Feldkrümmung in einem gutem Maß zu halten, ist die torische Linse 7 in dem Hauptabtastabschnitt (in der Ebene von 2) in folgender Anordnung aufgebaut:
dass die beiden Linsenoberflächen 7a, 7b asphärisch sind;
dass sie (die torische Linse 7) in der Meniskusform bei positiver Strahlbrechkraft mit einer in Richtung des Ablenkelements 5 ausgerichteten konvexen Oberfläche in der Umgebung der Mitte der Abtastung (die Mitte der Linse) ausgebildet ist; und
dass sich Krümmungen in der Hauptabtastrichtung der Linsenoberfläche 7b an der Seite der Abtastoberfläche 8 kontinuierlich von der Mitte der Linse (die Mitte des Hauptabtastbereiches) zu dem Umfangsbereich der Linse ändern, und ihre Vorzeichen (positive und negative Vorzeichen) hiervon in dem dazwischenliegenden Abschnitt umgedreht werden.To essentially keep both the fθ characteristic and the field curvature characteristic to a good degree, the toric lens is 7 in the main scanning section (in the plane of 2 ) structured in the following order:
that the two lens surfaces 7a . 7b are aspherical;
that they (the toric lens 7 ) in the meniscus shape with positive refractive power with one in the direction of the deflecting element 5 aligned convex surface is formed in the vicinity of the center of the scan (the center of the lens); and
that there are curvatures in the main scanning direction of the lens surface 7b on the side of the scanning surface 8th continuously change from the center of the lens (the center of the main scanning area) to the peripheral area of the lens, and their signs (positive and negative signs) thereof are reversed therefrom in the intermediate portion.

Die torische Linse 7, wie sie beschrieben wird, korrigiert in Bezug auf die Feldkrümmung und Verzeichnung bzw. Verzerrung in dem gesamten Abtastbereich, indem sie gemäß der obigen Formgebung gestaltet ist.The toric lens 7 , as described, is corrected for the field curvature and distortion in the entire scanning area by being designed according to the above shape.

Des weiteren sind Krümmungen der beiden Linsenoberflächen 7a, 7b in den Unterabtastabschnitten (Querschnitte, die senkrecht den Hauptabtastabschnitt schneiden und die optische Achse enthalten) der totischen Linse 7 ausgelegt, um sich in der Symmetrieebene gemäß Entfernungen in der Hauptabtastrichtung von der Mitte der Linse zu ändern. Bildcharakteristika in der Unterabtastrichtung werden mittels dieser Anordnung gut beibehalten.Furthermore, there are curvatures of the two lens surfaces 7a . 7b in the sub-scanning sections (cross sections that perpendicularly intersect the main scanning section and contain the optical axis) of the total lens 7 designed to change in the plane of symmetry according to distances in the main scanning direction from the center of the lens. Image characteristics in the sub-scanning direction are well maintained by this arrangement.

Die fθ-Linse 9 ist derart gestaltet, dass, wenn die Winkelverstärkung des effektiven Abbildungsmittelteils zwischen dem optischen Ablenkelement 5 und der Abtastfläche 8 r_sc beträgt, die Winkelverstärkung derart ausgelegt ist, um die nachfolgende Bedingung zu erfüllen: 0,25 < rsc < 0,67 (2) The fθ lens 9 is designed such that when the angular gain of the effective imaging center between the optical deflecting element 5 and the scanning area 8th r _sc , the angular gain is designed to meet the following condition: 0.25 <r sc <0.67 (2)

Diese Bedingungsgleichung (2) ist eine Bedingung, um die Bildcharakteristika in dem Unterabtastabschnitt gut beizubehalten, während die Linsenlänge der fθ-Linse 9 in der Hauptabtastrichtung eingeschränkt wird. Unterhalb der unteren Grenze der Bedingungsgleichung (2) wird das effektive Strahlenbündel durch die sphärische Linse 6 und durch die torische Linse 7 aufgeweitet, und die Dicken der Linsen werden vergrößert, was somit in einer geringeren Kompaktheit der Linsen resultiert. Dieses ist nicht bevorzugt. Oberhalb der oberen Grenze der Bedingungsgleichung (2) wird die Bildleistung (in Bezug auf Genauigkeit und Reproduzierbarkeit) der sich aus den Plastik- bzw. Kunststofflinsen zusammensetzenden fθ-Linse 9 instabil abhängig von Umgebungsänderungen, wie etwa Temperaturänderungen. Dieses ist ebenso nicht bevorzugt.This condition equation ( 2 ) is a condition to keep the image characteristics in the subsampling section well while the lens length of the fθ lens 9 is restricted in the main scanning direction. Below the lower limit of the condition equation ( 2 ) becomes the effective beam through the spherical lens 6 and through the toric lens 7 expanded, and the thicknesses of the lenses are increased, thus resulting in less compactness of the lenses. This is not preferred. Above the upper limit of the condition equation ( 2 ) is the image performance (in terms of accuracy and reproducibility) of the fθ lens composed of the plastic or plastic lenses 9 unstable depending on environmental changes, such as temperature changes. This is also not preferred.

Des weiteren ist in der vorliegenden Ausführungsform die Strahlbrechkraft der torischen Linse 7 in dem Unterabtastabschnitt ausgelegt, um kontinuierlich von der Mitte der Linse zu dem Umfangsbereich der Linse schwächer zu werden, und die fθ-Linse 9 ist ausgelegt, um die nachfolgende Bedingung zu erfüllen, wenn die Winkelverstärkung des effektiven Abbildungsmittelteils an der Abtastfläche 8 in dem Unterabtastabschnitt zwischen dem optischen Abtastelement 5 und der Abtastoberfläche 8 r_sc beträgt, und wenn eine Winkelverstärkung bei einer willkürlichen Position in dem gesamten Bildbereich r_s0 ist: 0,9 < rr0/rsc < 1,25 (3) Furthermore, in the present embodiment, the refractive power of the toric lens 7 in the sub-scanning section is designed to continuously weaken from the center of the lens to the peripheral region of the lens, and the fθ lens 9 is designed to meet the following condition when the angular gain of the effective imaging center on the scanning surface 8th in the sub-scanning section between the optical scanning element 5 and the scanning surface 8th r is _sc , and if there is an angular _gain at an arbitrary position in the entire image area r _s0 : 0.9 <r r0 / r sc <1.25 (3)

Diese Bedingungsgleichung (3) ist eine Bedingung, um die Spot- bzw. Lichtpunktdurchmesser in dem Unterabtastabschnitt von dem Mittelteil zu dem Umfangsbereich der Abtastfläche 8 hierauf zu vereinheitlichen. Über der oberen Grenze der Bedingungsgleichung (3) werden die Spot- bzw. Lichtpunktdurchmesser in dem Randbereich der Abtastfläche 8 (bei den Bildkanten in der Hauptabtastrichtung) kleiner werden als die in dem Mittenbereich, was nicht bevorzugt ist. Unter der unteren Grenze der Bedingungsgleichung (3) werden die Spot- bzw. Lichtpunktdurchmesser in dem Randbereich der Abtastfläche 8 größer als die in dem Mittenbereich, so dass die Vereinheitlichung des Spot- bzw. Lichtpunktdurchmessers in dem Unterabtastabschnitt verlorengehen wird, was nicht bevorzugt ist. Des weiteren wird das Vergrößern des Spotbzw. Lichtpunktdurchmessers die Spitzenintensität des Spots bzw. des Lichtpunkts herabsetzen und wiederum aufgrund der Dispersion bzw. Zerstreuung der Entwicklung in einer Dispersion bzw. Zerstreuung des Spot- bzw. Lichtpunktdurchmessers resultieren, was nicht bevorzugt ist.This condition equation ( 3 ) is a condition to determine the spot diameter in the sub-scanning section from the central part to the peripheral area of the scanning area 8th then unify. Above the upper limit of the condition equation ( 3 ) become the spot or light spot diameter in the edge area of the scanning surface 8th (at the image edges in the main scanning direction) become smaller than that in the center area, which is not preferred. Below the lower limit of the condition equation ( 3 ) become the spot or light spot diameter in the edge area of the scanning surface 8th larger than that in the central area, so that the unification of the spot or light spot diameter in the subsampling section will be lost, which is not preferred. Furthermore, the enlargement of the spot or Light spot diameter reduce the peak intensity of the spot or the light spot and, in turn, due to the dispersion or dispersion of the development result in a dispersion or dispersion of the spot or light spot diameter, which is not preferred.

In der vorliegenden Ausführungsform ist ein bevorzugter numerischer Bereich der Bedingungsgleichung (3) wie folgt festgelegt: 0,95 < rs0/rsc < 1,21 (3a) In the present embodiment, a preferred numerical range of the condition equation ( 3 ) as follows: 0.95 <r s0 / r sc <1.21 (3a)

In der vorliegenden Ausführungsform ist die Linsenform der torischen Linse 7 in der Hauptabtastrichtung eine asphärische Form, die mittels einer Funktion bis zehnten Grades ausgedrückt werden kann, und ihre Linsenform ist in der Unterabtastrichtung eine sphärische Oberfläche, die sich kontinuierlich in der Richtung der Höhe des Bildes ändert. Um die Linsenform auszudrücken, sei beispielsweise ein Koordinatensystem derart definiert, dass der Ursprung bei einem Schnittpunkt der torischen Linse 7 mit der optischen Achse angeordnet ist, dass die X-Achse entlang der Richtung der optischen Achse, die Y-Achse entlang einer Achse senkrecht zu der optischen Achse in der Hauptabtastebene, und die Z-Achse entlang einer Achse senkrecht zu der optischen Achse in der Unterabtastebene angenommen werden. Dann kann die Linsenoberfläche in Richtung der Erzeugenden entsprechend der Hauptabtastrichtung mittels der nachfolgenden Gleichung ausgedrückt werden: X = (Y2/R)/[1 + {1 – (1 + K)(Y/R2)}1/2] + B4Y4 + B6Y6 + B8Y8 + B10Y10 (, wobei R der Krümmungsradius und K, B₄, B₆, B₈ und B₁₀ Koeffizienten für die asphärische Oberfläche sind.) Die Form in dem Unterabtastabschnitt wird so ausgebildet, dass sich die Krümmungsradien hiervon kontinuierlich mit der Änderung der Koordinate der Linsenoberfläche in der Hauptabtastrichtung ändern, und der Krümmungsradius r' bei der Koordinate Y an der Hauptabtastebene kann mittels der nachfolgenden Gleichung ausgedrückt werden: r' = r(1 + D2Y2 + D4Y4 + D6Y6 + D8Y8 + D10Y10)wobei r der Krümmungsradius an der optischen Achse und D₂, D₄, D₆, D₈ und D₁₀ Koeffizienten sind.In the present embodiment, the lens shape is the toric lens 7 in the main scan an aspherical shape that can be expressed by a function up to a tenth degree, and its lens shape in the sub-scanning direction is a spherical surface that changes continuously in the direction of the height of the image. To express the lens shape, for example, a coordinate system is defined such that the origin is at an intersection of the toric lens 7 is arranged with the optical axis that the X axis along the direction of the optical axis, the Y axis along an axis perpendicular to the optical axis in the main scanning plane, and the Z axis along an axis perpendicular to the optical axis in the Subsampling level are assumed. Then the lens surface in the direction of the generatrix corresponding to the main scanning direction can be expressed by the following equation: X = (Y 2 / R) / [1 + {1 - (1 + K) (Y / R 2 )} 1.2 ] + B 4 Y 4 + B 6 Y 6 + B 8th Y 8th + B 10 Y 10 (where R is the radius of curvature and K, B ₄ , B ₆ , B ₈ and B _{10 are} coefficients for the aspherical surface.) The shape in the subsampling section is formed so that the radii of curvature thereof continuously change with the change of the coordinate of the lens surface change in the main scanning direction, and the radius of curvature r 'at the coordinate Y on the main scanning plane can be expressed by the following equation: r '= r (1 + D 2 Y 2 + D 4 Y 4 + D 6 Y 6 + D 8th Y 8th + D 10 Y 10 ) where r is the radius of curvature on the optical axis and D ₂ , D ₄ , D ₆ , D ₈ and D _{10 are} coefficients.

Die nachfolgende Tabelle 1 zeigt die Koeffizienten zum Angeben der Formen der Linsenoberflächen und anderer verschiedener Eigenschaften in der Ausführungsform 1. 3 ist eine erläuternde Zeichnung, um Auftragungen der Aberration bzw. des Bildfehlers der Feldkrümmung und der Verzerrung bzw. Verzeichnung und um Änderungen der Winkelverstärkung mit dem Bezug auf die Mitte in der Ausführungsform 1 zu zeigen. Anhand der Zeichnung wird erkannt, dass jede der Aberrationen auf den Grad herunter korrigiert ist, wo kein Problem beim praktischen Gebrauch entstehen wird.Table 1 below shows the coefficients for specifying the shapes of the lens surfaces and other various properties in Embodiment 1. 3 Fig. 11 is an explanatory drawing to show plots of aberration and field curvature and distortion and distortion and changes in angular gain with respect to the center in Embodiment 1. From the drawing, it can be seen that each of the aberrations is corrected down to the degree where no problem in practical use will arise.

TABELLE 1 (Einheit : mm, E-0X bedeutet „10^–x" )

TABLE 1 (unit: mm, E-0X means "10 ^-x ")

In der vorliegenden Ausführungsform ist die torische Linse 7 parallel zu der Lichtquellen-Einrichtung hinsichtlich der Normalen der Abtastfläche 8 verschoben. Ferner ist die torische Linse 7 derart ausgelegt, dass ihre Symmetrieachse in der Hauptabtastrichtung um 25 Winkelminuten im Uhrzeigersinn um die Drehachse geneigt ist, welche durch den Kopfpunkt der Linsenoberfläche an der Seite des optischen Ablenkelements 5 in der Hauptabtastebene hinsichtlich der Normalen der Abtastfläche 8 hindurchläuft. Der Bezug der parallelen Verschiebung ist ein Hauptstrahl bzw. Mittelpunktstrahl des Strahlenbündels parallel zu der Normalen der Abtastfläche aus den Hauptstrahlen bzw. Mittelpunktstrahlen, die mittels des optischen Ablenkelements 5 reflektiert werden.In the present embodiment, the toric lens 7 parallel to the light source device with respect to the normal of the scanning area 8th postponed. Furthermore, the toric lens 7 designed such that its axis of symmetry in the main scanning direction is inclined by 25 angular minutes in a clockwise direction around the axis of rotation which passes through the head point of the lens surface on the side of the optical deflection element 5 in the main scanning plane with respect to the normal to the scanning area 8th passes. The reference of the parallel displacement is a main beam or center beam of the beam parallel to the normal of the scanning surface from the main beams or center beams, which are generated by the optical deflection element 5 be reflected.

Die Oberflächenform der torischen Linse ist in dem Hauptabtastabschnitt selber sowohl in der Richtung der Erzeugenden als auch in der Richtung der Meridionallinie hinsichtlich der optischen Achse der torischen Linse symmetrisch.The surface shape of the toric lens is in the main scanning section itself both in the direction of the Generative as well as in the direction of the meridional line in terms the optical axis of the toric lens symmetrical.

4 ist eine Querschnittsansicht des Hauptteils in der Hauptabtastrichtung (eine Hauptabtast-Querschnittsansicht) der Ausführungsform 2 des optischen Abtastgerätes gemäß der vorliegenden Erfindung. In der Zeichnung werden die gleichen Komponenten, wie die in der 2 gezeigten, mit den gleichen Bezugsziffern bezeichnet. 4 Fig. 12 is a cross sectional view of the main part in the main scanning direction (a main scanning cross sectional view) of the embodiment 2 of the optical pickup according to the present invention. The same components are used in the drawing as in the 2 shown, designated by the same reference numerals.

Die vorliegende Ausführungsform unterscheidet sich von der Ausführungsform 1 der 2 darin, dass die sphärische Linse 26 und die torische Linse 27, die das dritte optische Element 29 begründen, in jeweiligen Linsenformen gestaltet sind, die für den sich aus den vier Facetten bzw. Seiten zusammensetzenden Polygonspiegel optimal sind, wie es unten in Tabelle 2 gezeigt wird. Die andere Struktur und optische Wirkung sind im Wesentlichen die gleichen wie die in der obigen Ausführungsform 1, wodurch der gleiche Effekt erzielt wird.The present embodiment is different from the embodiment 1 the 2 in that the spherical lens 26 and the toric lens 27 which is the third optical element 29 justify, are designed in respective lens shapes that are optimal for the polygon mirror composed of the four facets or sides, as shown in Table 2 below. The other structure and optical effect are essentially the same as those in the above embodiment 1 , which gives the same effect.

Die nachfolgende Tabelle 2 zeigt die Koeffizienten zum Angeben der Formen der Linsenflächen und anderer verschiedener Charakteristika in der Ausführungsform 2. 5 ist eine erläuternde Zeichnung, um Auftragungen der Aberration bzw. des Bildfehlers der Feldkrümmung und der Verzerrung bzw. Verzeichnung und um die Änderungen der Winkelverstärkung mit dem Bezug bei der Mitte in der Ausführungsform 2 zu zeigen. Anhand der Zeichnung wird gesehen, dass jede der Aberrationen auf den Grad herunter korrigiert wird, wo kein Problem beim praktischen Gebrauch entstehen wird.Table 2 below shows the coefficients for indicating the shapes of the lens surfaces and other various characteristics in the embodiment 2 , 5 Fig. 10 is an explanatory drawing for plotting aberration and field distortion and distortion and for changing the angular gain with reference to the center in the embodiment 2 to show. It can be seen from the drawing that each of the aberrations is corrected down to the level where there will be no problem in practical use.

TABELLE 2

TABLE 2

In der vorliegenden Ausführungsform ist die torische Linse 27 um 0,2 mm parallel zu der Lichtquellen-Einrichtung hinsichtlich der Normalen der Abtastfläche 8 verschoben. Des weiteren ist die torische Linse 27 in der Art ausgelegt, dass ihre Symmetrieachse in der Hauptabtastrichtung um 25 Winkelminuten im Uhrzeigersinn von der Rotationsachse geneigt ist, welche durch den Kopfpunkt der Linsenoberfläche an der Seite des optischen Ablenkelements 5 in der Hauptabtastebene hinsichtlich der Normalen der Abtastfläche 8 hindurchläuft.In the present embodiment, the toric lens 27 is 0.2 mm parallel to the light source device with respect to the normal of the scanning area 8th postponed. Furthermore, the toric lens 27 designed in such a way that its axis of symmetry is in the main scanning direction 25 Angular minutes are inclined clockwise from the axis of rotation which passes through the head of the lens surface on the side of the optical deflector 5 in the main scanning plane with respect to the normal to the scanning area 8th passes.

6 ist eine Querschnittsansicht des Hauptteils in der Hauptabtastrichtung (eine Hauptabtast-Querschnittsansicht) der Ausführungsform 3 des optischen Abtastgerätes gemäß der vorliegenden Erfindung. In der Zeichnung werden die gleichen Komponenten, wie die, die in 2 gezeigt werden, mit den gleichen Bezugsziffern bezeichnet. 6 Fig. 12 is a cross sectional view of the main part in the main scanning direction (a main scanning cross sectional view) of the embodiment 3 of the optical pickup according to the present invention. The drawing shows the same components as those in 2 are shown with the same reference numerals.

Die vorliegende Ausführungsform unterscheidet sich von der Ausführungsform 1 der 2 darin, dass die sphärische Linse 36 und die torische Linse 37, welche das dritte optische Element 39 begründen, in jeweiligen Linsenformen gestaltet sind, die für den sich aus den vier Facetten bzw. Flächen zusammensetzenden Polygonspiegel optimal sind, wie es in der Tabelle 3 unten gezeigt wird. Die andere Struktur und optische Wirkung sind im Wesentlichen die gleichen, wie in der obigen Ausführungsform 1, wodurch der gleiche Effekt erzielt wird.The present embodiment is different from the embodiment 1 the 2 in that the spherical lens 36 and the toric lens 37 which is the third optical element 39 justify, are designed in respective lens shapes that are optimal for the polygon mirror composed of the four facets or surfaces, as shown in Table 3 below. The other structure and optical effect are essentially the same as in the above embodiment 1 , which gives the same effect.

Die nachfolgende Tabelle 3 zeigt die Koeffizienten zum Angeben der Formen der Linsenoberflächen und anderer verschiedener Charakteristika in der Ausführungsform 3. 7 ist eine erläuternde Ansicht, um Auftragungen der Aberration bzw. des Bildfehlers der Feldkrümmung und der Verzerrung bzw. Verzeichnung und um die Änderung der Winkelverstärkung mit dem Bezug bei der Mitte in der Ausführungsform 3 zu zeigen. Von der Zeichnung wird gesehen, dass jede der Aberrationen auf den Grad herunter korrigiert wird, wo kein Problem bei der praktischen Verwendung auftreten wird.Table 3 below shows the coefficients for indicating the shapes of the lens surfaces and other various characteristics in the embodiment 3 , 7 Fig. 10 is an explanatory view for plotting aberration of field curvature and distortion and for changing the angular gain with reference to the center in the embodiment 3 to show. It is seen from the drawing that each of the aberrations will be corrected down to the level where there will be no problem in practical use.

Tabelle 3

Table 3

In der vorliegenden Ausführungsform ist die torische Linse 37 um 0,4 mm parallel zu der Lichtquellen-Einrichtung hinsichtlich der Normalen der Abtastfläche 8 verschoben. Ferner ist die torische Linse 37 derart ausgelegt, dass ihre Symmetrieachse in der Hauptabtastrichtung um 25 Winkelminuten im Uhrzeigersinn um die Rotationsachse geneigt ist, welche durch den Kopfpunkt der Linsenoberfläche an der Seite des optischen Ablenkelements 5 in der Hauptabtastebene hinsichtlich der Normalen der Abtastfläche 8 hindurchläuft.In the present embodiment, the toric lens 37 is 0.4 mm parallel to the light source device with respect to the normal of the scanning area 8th postponed. Furthermore, the toric lens 37 designed so that its axis of symmetry in the main scanning direction 25 Angular minutes is inclined clockwise around the axis of rotation, which passes through the head of the lens surface on the side of the optical deflecting element 5 in the main scanning plane with respect to the normal to the scanning area 8th passes.

Die Ausführungsformen 4, 5 und 6 des optischen Abtastgerätes der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend beschrieben. In den Ausführungsformen 4, 5 und 6 sind die Formen der jeweiligen Linsen gemeinsam in dem Hauptabtastabschnitt, und 8 ist eine Querschnittsansicht des Hauptteils in der Hauptabtastrichtung (eine Hauptabtast-Querschnittsansicht), welche für die Ausführungsformen 4, 5 und 6 gemeinsam ist. In der Zeichnungen werden die gleichen Komponenten, wie jene, die in 2 gezeigt werden, mit den gleichen Bezugsziffern bezeichnet.The embodiments 4 . 5 and 6 of the optical pickup of the present invention will be described below. In the embodiments 4 . 5 and 6 the shapes of the respective lenses are common in the main scanning section, and 8th is a cross-sectional view of the main part in the main abta direction (a main scan cross-sectional view) used for the embodiments 4 . 5 and 6 is common. In the drawings the same components as those shown in 2 are shown with the same reference numerals.

Jede der Ausführungsformen 4, 5 und 6 unterscheidet sich von der obig beschriebenen Ausführungsform 1 von 2 lediglich darin, dass sich der Polygonspiegel als Ablenkelement aus sechs Facetten für den Zweck eines Hochgeschwindigkeitsdruckers zusammensetzt; und
die sphärische Linse und die torische Linse, die das dritte optische Element begründen, in jeweiligen Linsenformen gestaltet sind, die für den sich aus den sechs Facetten zusammensetzenden Polygonspiegel optimal sind, wie es in den Tabellen 4, 5 oder 6 nachfolgend gezeigt wird.Any of the embodiments 4 . 5 and 6 differs from the embodiment described above 1 of 2 only in that the polygon mirror as a deflecting element is composed of six facets for the purpose of a high-speed printer; and
the spherical lens and the toric lens that constitute the third optical element are designed in respective lens shapes that are optimal for the polygon mirror composed of the six facets, as shown in Tables 4, 5 or 6 below.

Die andere Struktur und optische Wirkung von jeder Ausführungsform 4, 5 oder 6 sind im Wesentlichen die gleichen wie in der obig beschriebenen Ausführungsform 1, wodurch der gleiche Effekt erzielt wird.The other structure and optical Effect of each embodiment 4, 5 or 6 are essentially the same as those described above embodiment 1, which gives the same effect.

Tabelle 4, 5 oder 6 zeigen die Koeffizienten zum Ausdrücken der Formen der Linsenoberflächen und anderer verschiedener Charakterstika in jeder Ausführungsform 4, 5 oder 6. Die 9, 10 oder 11 sind erläuternde Ansichten, um Auftragungen der Aberration bzw. des Bildfehlers der Feldkrümmung und der Verzerrung bzw. Verzeichnung und um die Änderung der Winkelverstärkung mit dem Bezug bei der Mitte in jeder Ausführungsform 4, 5 oder 6 zu zeigen. Von jeder Zeichnung wird erkannt, dass jede der Aberrationen auf den Grad herunter korrigiert wird, wo kein Problem beim praktischen Gebrauch auftreten wird.Tables 4, 5 or 6 show the coefficients for expressing the shapes of the lens surfaces and other various characteristics in each embodiment 4, 5 or 6. Die 9 . 10 or 11 FIG. 11 are explanatory views to show plots of aberration and field curvature and distortion and distortion and change in angular gain with reference to the center in each embodiment 4, 5 or 6. It is recognized from each drawing that each of the aberrations will be corrected down to the level where no problem in practical use will arise.

TABELLE 4 (Einheit : mm, E-0X bedeutet „10^–x" )

TABLE 4 (unit: mm, E-0X means "10 ^-x ")

Tabelle 5

Table 5

Tabelle 6

Table 6

In jeder Ausführungsform 4, 5 oder 6 sind sowohl die sphärische Linse als auch die torische Linse um 0,2 mm parallel zu der Lichtquellen-Einrichtung hinsichtlich der Normalen der Abtastfläche 8 verschoben. Ferner ist in jeder Ausführungsform 4, 5 oder 6 die torische Linse derart ausgelegt, dass ihre Symmetrieachse in der Hauptabtastrichtung um 36 Winkelminuten im Uhrzeigersinn um die Rotationsachse geneigt ist, welche durch den Kopfpunkt der Linsenoberfläche an der Seite des Ablenkelements 5 in der Hauptabtastebene hinsichtlich der Normalen der Abtastfläche hindurchläuft.In each embodiment 4, 5 or 6, both the spherical lens and the toric lens are 0.2 mm parallel to the light source device with respect to the normal of the scanning area 8th postponed. Furthermore, in each embodiment 4, 5 or 6, the toric lens is designed such that its axis of symmetry is in the main scanning direction 36 Angular minutes is inclined clockwise around the axis of rotation, which passes through the head of the lens surface on the side of the deflecting element 5 passes in the main scanning plane with respect to the normal of the scanning area.

Die vorliegende Erfindung kann gut die Aberration korrigieren, welche die Feldkrümmung und die Verzerrung bzw. Verzeichnung enthält, und sie kann den Einfluss der Änderung des Spot- bzw. Lichtpunktdurchmessers abhängig von den Höhen des Bildes oder dergleichen mittels solch einer Anordnung minimieren, dass, um über das optische Ablenkelement das von der Kollimatorlinse mittels der sich aus den beiden Linsen zusammensetzenden fθ-Linse konvergierende Licht auf der Abtastfläche zu fokussieren, die Linsenformen der beiden Linsen der fθ-Linse angemessen festgelegt werden, wie es obig beschrieben wird, wobei die vorliegenden Erfindung das optische Abtastgerät erzielen kann, welches kompakt und für das Kopieren mit hoher Bildgüte geeignet ist.The present invention can do well correct the aberration that the field curvature and the distortion or Distortion contains and it can take the influence of changing the Spot or light spot diameter depending on the heights of the Minimize image or the like by means of such an arrangement that um over the optical deflecting element from the collimator lens by means of the light converging from the fθ lens composed of the two lenses on the scanning surface to focus, the lens shapes of the two lenses of the fθ lens appropriately be determined as described above, the present Invention the optical scanner can achieve which is compact and suitable for copying with high image quality is.

Da die Mittendicke von jeder Linse der fθ-Linse entlang der Richtung der optischen Achse mittels der Anordnung der sich aus den beiden Linsen zusammensetzenden fθ-Linse dünner gemacht werden kann, kann die Taktzeit der Formpressung herabgesetzt werden, wenn die beiden Linsen durch Formpressung von Plastik bzw. Kunststoff hergestellt werden, wobei ein kostengünstigeres optisches Abtastgerät realisiert werden kann.Because the center thickness of each lens the fθ lens along the direction of the optical axis by means of the arrangement of the can be made thinner from the fθ lens composing the two lenses, the Cycle time of the compression can be reduced when the two lenses are produced by compression molding plastic or plastic, being a cheaper optical scanning device can be realized.

Claims

Optical scanning device, which has the following: a light source device ( 1 ); a first optical element ( 2 ) to convert one from the light source device ( 1 ) emitted beam into a converging beam; a distraction element ( 5 ) to distract from the light source device ( 1 ) emitted beam; a second optical element ( 4 ) to the ray bundle, which from the first optical element ( 2 ) emerges in a linear image that is located on a deflection side surface ( 5a ) of the deflection element ( 5 ) extends in a main scanning section; and a third optical element ( 9 ) to by means of the deflection element ( 5 ) deflected beams in the form of a spot or light spot on a scanned surface ( 8th ) focus; the third optical element ( 9 ) in order from the deflector side ( 5 ) a spherical lens and a toric lens ( 7 ), the spherical lens ( 6 ) a meniscus shape of positive refractive power with a concave surface ( 6a ) which leads to the deflection element ( 5 ) and the toric lens ( 7 ) has a positive refractive power and a meniscus shape in the main scanning section with a convex surface ( 7a ) that is in the surrounding area of the center of the toric lens ( 7 ) to the deflection element ( 5 ), characterized in that the toric lens ( 7 ) two lens surfaces ( 7a ), ( 7b ) formed in an aspherical shape in the main scanning section, and that the toric lens ( 7 ) is constructed in such a way that in the main scanning section on the side of the scanned surface ( 8th ) Curvatures of the lens surface ( 7b ) change from it continuously from the center of the lens to the peripheral portion of the lens, and its signs are reversed in an intermediate portion thereof.

An optical pickup according to claim 1, wherein the toric lens ( 7 ) is made by compression molding plastic.

Optical scanning device according to one of claims 1 and 2, wherein the toric lens ( 7 ) is constructed in such a way that curvatures of at least one lens surface thereof outside of the lens surfaces on the side of the deflection element or on the side of the scanned surface change continuously in sub-scanning sections along the main scanning direction.

Optical scanning device according to claim 3, wherein the curvatures continuously along the at least one lens surface change the main scanning direction in the plane of symmetry of the lens center.

Optical scanning device according to one of claims 1 to 4, wherein the toric lens is designed such that an axis of symmetry from it in the main scanning direction with respect to the normal of the scanned area is inclined in a main scanning plane.

Optical scanning device according to one of claims 1 to 5, with the toric lens parallel in the main scanning section is arranged decentrally to the light source device.

An optical pickup according to any one of claims 1 to 6, wherein the third optical element is arranged such that when an angular gain of an effective imaging center on the scanned surface is in a subsampling section between the deflection element and the scanned surface r _sc , the angular gain r _sc die fulfills the following condition: 0.25 <r sc <0.67.

The optical pickup according to any one of claims 1 to 7, wherein the refractive power of the toric lens in a subsampling portion becomes continuously weaker from the center of the lens to the peripheral portion of the lens, and the third optical element is arranged such that when an angular gain is effective Imaging center on the scanned surface in a subsampling portion between the deflecting element and the scanned surface is r _sc , and when an angular _gain is at any position in an overall range of an image r _s0 , the angular _gains meet the following conditions: 0.9 <r s0 / r sc <1.25.

An optical pickup according to any one of claims 1 to 8, wherein when the focal lengths of the spherical lens and the toric lens in the main scanning section are f6 and f7, respectively, the focal lengths satisfy the following conditions: 1 <f6 / f7 <10.

An optical pickup according to claim 9, wherein the focal lengths meet the following condition: 1.6 <f6 / f7 <2.4.

Laser printer device which comprises: the optical scanning device according to one of claims 1 until 10; and a recording medium, and being the scanned area a surface of the recording medium.